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변류기

변류기의 등가회로 및 종류

[건87-1] 계측기용 CT와 보호계전기용 CT의 차이점을 설명하시오.
[건92-1] 수변전설비에서 사용되는 계측기용 CT와 보호용 CT의 성능 및 특성에 대해 설명하시오.
[건98-1] 이중비 CT의 내부 접속도를 간단히 그리시오.
[발66-1] 계기용 변압기(PT)/ 계기용 변류기(CT)/ 계기용 변압 변류기(MOF)를 간단히 설명하시오.
[발81-2] 300/5[A], 30[VA], 5P10 등급(Class) 변류기(CT)의 등가회로와 포화특성에 대하여 설명하시오.
[건94-1] 변류기 포화전압의 정의와 포화전압과 부하 임피던스의 관계에 대해 설명하시오.

계기용 변성기의 종류

1) 전압 변성기: PT, GPT
2) 전류 변성기: CT, ZCT
3) 전압·전류 변성기: MOF

변류기(CT: Current Transformer)는 1, 2차 권선 및 철심으로 구성되어 있으며, 1차 대전류를 2차 소전류(5A 또는 1A)로 안전하게 변성하는 기기이다.
변류기를 구분하는 방식에 따라서 다음과 같이 나눌 수 있다.

① 절연방식 : 건식, 몰드식, 유입식, 가스식(SF6)
② 권선형태 : 관통형, 부싱형, 권선형 [단일비, 다중비 CT, 3차 권선부 CT]
③ 용도 : 계측용, 보호용

변류기의 용도

1) 계측용

① 전류 측정자체를 목적으로 하는 변류기이다.
② 계측용은 과전류 영역에서 포화특성 보다는 정격전류에서 측정 정밀도(비오차)가 우선이 된다.
③ 전류계, 전력계, 전력량계 등에 사용된다.

2) 보호용

① 고장전류를 검출하여 보호계전기를 동작시키는 것을 목적으로 하는 변류기이다.
② 보호용은 측정 정밀도(비오차) 보다 과전류 영역에서 포화특성(과전류 정수) 및 과전류 강도가 우선이 된다.
③ 보호 계전기용(단락 및 지락보호)으로 사용된다.

변류기의 등가회로

1) 등가회로

변류기의 등가회로
변류기의 등가회로
변류기의 등가회로

2) 변류기 특성을 해석을 위한 간이 등가회로

변류기의 등가회로

I2′: 변류기의 공칭 변류비에 의한 (이상적인) 2차전류,
I2: 변류기의 실제 2차전류
I0: 여자전류,
Z0: 변류기의 여자 임피던스
V2: 변류기 2차측 전압,
Vb: 변류기 2차측 단자전압 또는 부담전압
Z: 변류기의 내부 임피던스,
Zb: 변류기의 부담(케이블, 계전기 등)

\[ 공칭\ 변류비=\frac{I’_2}{I’_2}=1,\]\[ \ 실제\ 변류비=\frac{I’_2}{I_2}=\frac{I_2+I_0}{I_2}\]

3) 비오차(Ratio error)

\[ \epsilon =\frac{K _{n} -K}{K}\times 100 \backsimeq – \frac{I _{0}}{I _{2}}\times 100[\%] \]

(Kn:공칭 변류비, K:실제변류비)

\[ \epsilon=\frac{K_{n}-K}{K} \times100=\frac{1-(1+\frac{I_{0}}{I_{2}} ) }{\frac{I_{2} +I_{0}} {I_{2}}}\times100\]\[=-\frac{I_{0}}{I_{2} +I_{0}}\times100 \backsimeq-\frac{I_{0}}{I_{2}}\times100 \]
\[ \to ( I _{0} = \frac{V _{2}} {Z _{0}} ) \]
비오차

위상오차(Phase error)

비오차는 1차 전류와 2차 전류의 크기에 따른 오차를 의미한다.
위상오차는 1차 전류와 2차 전류의 위상이 정확히 180°가 발생되지 않는 오차이다.
비오차, 위상오차 모두 여자전류가 증가되면 오차가 증가된다.

합성오차(Composite error)

비오차와 위상오차를 동시에 고려한 것을 합성오차라고 부르며, 합성오차의 다음식에서 산출할 수 있으며, IEC 규격에서만 다룬다.

\[ \epsilon=\frac{ 100}{I_2 } \sqrt { \frac{ 1}{ T} \int _{ 0} ^{T } {(K_n i_2 -i_1 )^2 dt } } \]

I1: 1차전류(실효값), i1: 1차전류(순시값), i2: 2차전류(순시값)

변류기의 포화특성

1) 포화곡선

변류기의 1차권선을 개방하고, 2차권선에 정격주파수의 교류전압을 인가하여 2차여자전류를 측정하면 아래 그림과 같이 2차 여자 포화곡선이 그려진다.

2) 무릅전압(Knee point voltage)

포화되기 직전 2차전압이 +10% 증가될 때 2차 여자전류가 +50% 증가되는 점의 전압을 무릅전압(Knee point voltage)라 한다. 무릅전압이 높은 특성의 변류기에 사용하면 큰 고장전류에서도 확실한 보호계전기 동작을 기대할 수 있다.

무릅전압

변류기의 성능

계측용 변류기의 성능은 정격전류에서의 비오차로 등급을 나타내며(IEC), 전력량계에는 정밀급인 0.2급 또는 0.5급이 적용되고, 배전반의 전류계나 전력계에는 1.0급 또는 3.0급의 변류기가 적용된다.

CT용도별오차한도

* IPL(Rated Instrument Limit Primary Current)란 CT 2차 부담이 정격부담일 때 계측용 CT의 합성오차가 10% 또는 그 이상인 때의 1차전류의 최소값을 말한다. 계통고장으로 인한 높은 전류로부터 계측용 CT에 연결된 계측기 또는 이와 유사한 장치를 보호하기 위하여 합성오차는 10%보다 커야한다.

* FS(Instrument security factor)란 정격 1차전류와 IPL과의 비를 말한다. CT의 1차측에 계통 고장전류가 흐를 경우 계측용 CT의 2차측에 연결된 계측기 또는 이와 유사한 장치는 FS값이 적을수록 안전하다. FS의 값은 특별히 정해진바는 없으나 계측용일 경우 5 또는 10이하로 한다.

1) IEC 표기

IEC 표기

정격부담이 30VA이며, 정격전류까지의 허용오차는 ±1.0이내이고, 10배 정격전류까지의 비오차는 ±5% 이내

2) ANSI 표기

표준부담하에서 정격 2차전류의 20배의 과전류에서 오차가 ±10%를 넘지 않는 “2차 단자전압” 값으로 표시. 부싱형(관통형): C, 권선형: T로 표시.

– C200의 의미

관통형, 2차 정격전류의 20배의 과전류에서 오차가 ±10% 이내인 2차 단자전압이 200V인 변류기 (표준부담 2[Ω], 정격부담 50[VA])

\[ I_2 \times Z_b \times20=200 \to Z_b = \frac{ 200}{ 5 \times 20}=2 [Ω] \]
\[ VA=5 ^{2} \times 2=50[VA] , 표준분담 : 2[\Omega] \]

다중비 변류비

다중비 변류비

1) 계측용과 보호용을 겸용

변류기 한 대로 계측과 보호를 겸하여 사용을 원하는 경우에 적용하는 것으로, 수배전반 사이즈 저감과 경제적인 측면에서 효과를 얻을 수 있다.

계측용과 보호용을 겸하여 적용시 2차측 부담 임피던스를 고려하여 과전류 영역에서 포화여부를 반드시 검토해서 적용해야 된다. 한전에서는 계측용과 보호용을 겸용으로 사용하지 않으며, 분리해서 적용하도록 되어있다.

변전소 차단장치

2) 변류비의 변경

① 다중비 CT
2차 권선에 여러개의 탭을 만들어서 조정하여 변류비를 변경하여 사용
[예] 50/5A -> 100/5A

② 3차권선부 CT
고저항 접지계통에서 영상분 전류가 작은 경우에 2차측은 Y결선(정상분 전류 측정)하여 단락보호, 3차로 델타결선(영상분 전류를 측정)하여 지락전류 검출하는 경우에 적용한다.

3차권선부 CT의 영상분로 접속

변류기에 3차 권선을 만들고 이것을 영상분로 접속으로 해서 필요한 영상전류를 얻는 방법으로 계통 지락전류가 수백 A이하인 고저항 접지계통에서 많이 사용된다.

– 2차권선: Y결선으로 접속하고 각상에 과전류계전기를 설치하고 잔류회로는 구성하지 않는다.

– 3차권선: △결선으로 접속하고 지락계전기를 접속한다. 변류비는 1차정격전류와 관계없이 100/5A로 하는 것이 일반적이다.

변류비의 변경
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예제
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